MoCrFeMnNi高熵合金退火后的组织和性能

高熵合金因具有高强度、耐腐蚀、耐高温氧化等优异的性能而备受关注.采用铝热反应法制备MoCrFeMnNi高熵合金,用XRD、SEM、EDS、显微硬度和压缩实验研究了铸态及700 ℃/12 h、800 ℃/6 h、1 000 ℃/3 h退火后合金的组织和性能变化.结果表明:铝热法制备的MoCrFeMnNi高熵合金为典型的枝晶形貌,晶体结构主要由BCC相、FCC相以及少量的σ相构成,其中枝晶区域为BCC结构,富含Mo和Cr元素;枝晶间区域为FCC结构,富含Ni元素.随着退火温度的上升,枝晶间逐渐析出纳米级σ相,使得合金硬度上升,在800 ℃/6 h退火处理后达到667 HV,抗压强度达到1 050 MPa;1 000 ℃/3 h退火后,σ相团聚成球状和针状并在高温下部分溶解,σ相的减少使得合金硬度下降,抗压强度与铸态时相当,塑性显著提升.     

Cu对AlFeCrCoTiCu_x多组元高熵合金组织及其力学性能的影响

利用真空电弧熔炼炉制备了AlFeCrCoTiCu_x(x=0.5,0.75,1)高熵合金,并通过XRD、SEM、EDS、DSC、显微硬度计和压缩试验对合金的微观组织和力学性能进行测试。结果表明:合金呈树枝晶结构,枝晶是FCC1相和BCC相组成的混合组织;晶间则由FCC2相和析出相组成。随着Cu元素的增加,晶间FCC2相和析出相逐渐增多。热分析表明,组合金的熔点为1 380℃左右,在1 050℃左右析出晶间富Cu(FCC2)相。当铜摩尔比为0.5时,合金的硬度可达804 HV,抗压强度可达1 935 MPa,但随着Cu含量的增加而降低。     

FeNiMnCuC0．2Alx高熵合金结构及性能研究

通过高频感应加热在真空下制备FeNiMnCuC0.2Alx(x＝0、0.1、0.2、0.5 mol)高熵合金,对固溶处理后的试样进行结构及性能研究.结果表明, FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金具有简单的面心立方结构;添加少量Al(x=0.1、0.2 mol)能细化FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金晶粒,但x=0.5 mol时,晶粒又变得粗大;初生树枝状晶富含Fe、Ni元素,Mn、Cu在枝晶间相内有所聚集,C、Al大体上均匀分布于两相中;x=0时, FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金具有高的抗压强度(5 218 MPa),x＝0.1 mol时,合金抗压强度(4037MPa)和压缩率(＞75%)均较佳,随Al添加量的继续增加,合金压缩性能有所下降, x＝0.5 mol时,合金表现为脆性断裂.合金晶粒,但x=0.5 mol时,晶粒又变得粗大;初生树枝状晶富含Fe、Ni元素,Mn、Cu在枝晶间相内有所聚集,C、Al大体上均匀分布于两相中;x=0时, FeNiMnCuC0.2Alx高熵合金具有高的抗压 度(5 218 MPa),x＝0     

NiAl-Cr(Mo)基共晶合金显微组织与力学性能的研究

通过在NiAl-Cr(Mo)合金中添加Ti、Hf 、Nb、W难熔金属研究其铸态合金、经热处理后和定向凝固合金的显微组织和力学性能.研究结果表明,铸态合金中存在4个相,即NiAl 相,α-Cr固溶体,Cr2Nb相和 Ni2Al(Ti,Hf) 相,其高温强度得到提高,在1100℃的屈服强度是467MPa,室温压缩塑性是17.87% ;经处理后的铸态合金和定向凝固合金中无Cr2Nb相,转变为富含Hf的(Hf,Ti,Nb)相;定性凝固合金的屈服强度优于铸态合金,其断裂韧性比铸态合金提高31%.     

Al含量对AlxFeNi2.5CrMo高熵合金微观结构与力学性能的影响

针对现有铁素体钢在反应堆压力容器中抗压强度低与低温脆性高的问题,采用真空电弧熔炼法制备了系列AlxFeNi2. 5CrMo高熵合金试样,并利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能量散射谱以及力学性能测试等方式分析了Al含量对高熵合金微观结构和力学性能的影响.实验结果表明,制备的AlxFeNi2. 5CrMo高熵合金主要由面心立方主相和少量的Laves相组成,其微观组织呈现出典型的树枝晶和枝晶间结构,且枝晶的分布均匀性随着Al含量的增加而变差;其抗压强度和抗拉强度随着Al含量的增加呈现出先增加后降低的趋势,当Al含量x=0. 2时,高熵合金的抗压强度和抗拉强度达到最大值,分别为3 984 MPa和795 MPa.     

选区激光熔化制备Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的工艺参数及组织性能

为了验证采用选区激光熔化(SLM)技术制备高熵合金的可行性,使用原始混合粉末进行了Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的SLM制备。通过对相对密度进行表征,探讨了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对成型质量的影响,并采用扫描电镜及X射线衍射仪等进行了显微组织、相组成分析,通过硬度和拉伸试验对材料的力学性能进行了表征。结果表明:激光功率、扫描速度、扫描间距三者间的交互作用对材料的相对密度有很大的影响,材料相对密度随着能量密度的增加而增加。SLM制备的高熵合金试样的相对密度最高可达99.92%,组织细小均匀,由简单的面心立方结构和体心立方结构两相构成,屈服强度达到540 MPa,拉伸强度达到878 MPa,延伸率为18%,综合性能优于传统熔炼高熵合金,表明采用SLM技术制备高熵合金是可行的。     

多组元AlxTiVCrMnFeCoNiCu高熵合金的室温力学性能

依据多组元高混合熵合金的合金设计理念,设计了一族九组元AlxTiVCrMnFeCoNiCu高熵合金,并研究了该合金系室温力学性能.结果表明:(1)合金系具有超过1.3GPa的断裂强度,其中AlTiVCrMnFeCoNiCu合金达2.4GPa,同时AlTiVCrMnFeCoNiCu和Al2TiVCrMnFeCoNiCu两种合金还具有一定的压缩塑性;(2)合金系枝晶和枝晶间隙区均具有很高的显微硬度,且随Al含量的提高而近线性提高;(3)固溶强化机制、纳米相弥散强化机制和面心立方/体心立方相转变使得合金系具有很高的断裂强度和显微硬度.     

选区激光熔化制备Al0.5CoCrFeNi高熵合金的工艺参数及组织性能

为了验证采用选区激光熔化(SLM)技术制备高熵合金的可行性,使用原始混合粉末进行了Al0.5Co Cr Fe Ni高熵合金的SLM制备。通过对相对密度进行表征,探讨了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对成型质量的影响,并采用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等进行了显微组织、相组成分析,通过硬度和拉伸试验对材料的力学性能进行了表征。结果表明:功率、速度、间距三者间的交互作用对材料的相对密度有很大的影响,相对密度随着能量密度的增加而增加。SLM制备的高熵合金试样的相对密度最高可达99.92%,组织细小均匀,由简单的面心立方结构和体心立方结构两相构成,屈服强度达到540 MPa,拉伸强度达到878 MPa,延伸率为18%,综合性能优于传统熔炼高熵合金,表明采用SLM技术制备高熵合金是可行的。     

相场法模拟中取向与热扩散参数对Ni-Sn合金枝晶形貌的影响

利用相场模型与温度场进行耦合的控制方程来模拟Ni-Sn二元合金凝固过程中的枝晶生长情况。依据热力学定律、自由能泛函与熵泛函原理,建立Ni-Sn合金相场和温度场耦合的模型。用相场法模拟合金在非均匀温度下枝晶生长过程和枝晶生长形貌的情况。对形成的图像进行对比,研究各向异性强度参数与热扩散参数对枝晶生长形貌和生长速度的影响。模拟研究表明：在非均匀温度场下,当各向异性强度参数增大时,枝晶的生长速度会随之增大,并且二次支臂的生长数量也会增加。此外,当热扩散参数增大时,枝晶的生长速度会随之减小,枝晶主干变细,并且二次支臂的生长数量会有明显减少。     

选区激光熔化制备Al0.5CoCrFeNi高熵合金的工艺参数及组织性能

为了验证采用选区激光熔化(SLM)技术制备高熵合金的可行性,使用原始混合粉末进行了Al0.5Co Cr Fe Ni高熵合金的SLM制备。通过对相对密度进行表征,探讨了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对成型质量的影响,并采用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等进行了显微组织、相组成分析,通过硬度和拉伸试验对材料的力学性能进行了表征。结果表明:功率、速度、间距三者间的交互作用对材料的相对密度有很大的影响,相对密度随着能量密度的增加而增加。SLM制备的高熵合金试样的相对密度最高可达99.92%,组织细小均匀,由简单的面心立方结构和体心立方结构两相构成,屈服强度达到540 MPa,拉伸强度达到878 MPa,延伸率为18%,综合性能优于传统熔炼高熵合金,表明采用SLM技术制备高熵合金是可行的。     

选区激光熔化制备Al0.5CoCrFeNi高熵合金的工艺参数及组织性能

为了验证采用选区激光熔化(SLM)技术制备高熵合金的可行性,使用原始混合粉末进行了Al0.5Co Cr Fe Ni高熵合金的SLM制备。通过对相对密度进行表征,探讨了激光功率、扫描速度、扫描间距等工艺参数对成型质量的影响,并采用扫描电镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等进行了显微组织、相组成分析,通过硬度和拉伸试验对材料的力学性能进行了表征。结果表明:功率、速度、间距三者间的交互作用对材料的相对密度有很大的影响,相对密度随着能量密度的增加而增加。SLM制备的高熵合金试样的相对密度最高可达99.92%,组织细小均匀,由简单的面心立方结构和体心立方结构两相构成,屈服强度达到540 MPa,拉伸强度达到878 MPa,延伸率为18%,综合性能优于传统熔炼高熵合金,表明采用SLM技术制备高熵合金是可行的。     

Mg-Zn-Al系合金组织和力学性能

通过调整Mg—Zn—Al系合金中Al和Zn的含量及比例,研究了其组织和力学性能变化规律．Mg—Zn—Al系合金组织由α-Mg基体和β相(Mg17Al12)、MgZn相、T相(Mg32(Al,Zn)49)组成．AZ51合金具有最高的常温抗拉强度,但屈服强度较低：AZ95和AZ55合金同时具有较好的常温抗拉强度和屈服强度．合金元素较少的合金高温强度低,合金元素多的合金强度高,AZ95合金具有良好的高温抗拉强度和屈服强度．常温和高温下,Mg—Al—Zn合金的塑性均随合金元素的增加而降低．     

Cu含量对AZ61镁合金显微组织和力学性能的影响

通过真空感应熔炼技术制备出不同Cu含量的AZ61镁合金,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等方法研究了Cu元素对合金组织和力学性能的影响。结果表明:Cu元素以三元AlCuMg相存在于合金中,主要分布在晶界处及枝晶间;添加Cu元素后能够细化合金铸态组织,并使β-Mg17Al12相数量减少、尺寸变细;随着Cu含量增加,挤压态合金强度先上升后下降,而延伸率只有当Cu含量达到1%时才开始显著下降。其中AZ61-1Cu具有最佳的综合力学性能,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为230 MPa、321 MPa和9.7%;当Cu含量为1.5%时,粗大的AlCuMg相割裂了合金基体,使合金力学性能下降。     

固溶热处理对一种第三代镍基单晶高温合金组织及高温持久性能的影响

研究了固溶热处理对一种Re含量为6.5%(质量分数)的第三代单晶高温合金组织及持久性能的影响,实验结果表明:合金铸态下存在明显的凝固偏析,枝晶间区域存在大量的(γ+γ′)共晶组织。固溶过程中,共晶组织在1 335℃以上开始快速溶解,但难熔元素,尤其是Re元素的偏析需要在1 360℃以上才能有明显改善;经过1 365℃固溶后疏松含量增加至0.21%(体积分数),接近铸态下疏松含量的5.2倍。铸态及经1 360℃和1 365℃固溶热处理后合金的持久性能测试结果显示:固溶热处理显著改善了合金的持久性能,且固溶温度越高,持久性能越高。在高温持久加载过程中,铸态合金的裂纹主要沿枝晶间分布,在(γ+γ′)共晶组织处萌生;当固溶温度较低时,且枝晶干处析出了较多的TCP(topologically close-packed)相,未能充分降低Re元素的偏析可能是导致枝晶干处TCP相大量析出的主要原因;当固溶温度较高时,TCP相析出量较少。     

多主元FeNiMnCr0.75Alx高熵合金微观结构和力学性能的研究

研究了合金中Al含量的增加对铸态FeNiMnCr_0.75Al_x（x=0.25,0.5,0.75,原子分数）高熵合金晶体结构及力学性能的影响。采用X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对合金的微观结构及形貌进行分析,采用维氏硬度计和MTS万能试验机测试合金的硬度和室温压缩性能。试验结果表明,铸态下,FeNiMnCr_0.75Al_x高熵合金均由bcc和fcc两种晶体结构的相构成。随着Al含量的增加,合金中bcc结构的相的相对含量逐渐增加,导致硬度和压缩屈服强度也随之升高,应变量降低;且Al含量的增加最终也促使合金中无序bcc结构的相逐渐转变为Ni：（Mn+Al）=1：1（原子分数比）型有序bcc结构的相。     

机器学习辅助高熵合金相结构预测

高熵合金由于其形成独特显微组织的固溶体、金属间化合物和非晶相而具有更好的物理化学性能．因此,高熵合金中的相预测是合金设计的第一步．采用机器学习算法中的支持向量机、随机森林和决策树3种模型对高熵合金的相位分类进行预测,通过网格搜索方法优化模型,并对模型进行交叉验证和性能评估．结果表明:随机森林的预测能力最佳,达到0.93的预测精度,且该模型对高熵合金固溶体相的分类效果最好,最后采用随机森林模型预测Ti Zr Nb Mo系难熔高熵合金的生成相,其预测生成相与实验结果一致．由此可见,机器学习技术对未来高熵合金的设计有很大的帮助．     

多级梯度结构对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的影响

为了进一步提升析出强化铝合金的强度,采用表面超声滚压和低温时效工艺制备一种多级梯度结构材料,并用SEM/TEM表征分析表层组织。研究结果表明：表层晶粒和析出相均呈现梯度分布。此外,对梯度层的析出相分析发现晶内析出相和晶界析出相种类存在区别,并且伴随着距表面深度的增加,晶界析出相和晶内析出相的数量密度都呈现降低趋势。与时效后粗晶试样相比,多级梯度结构试样的强度得到提升(屈服强度和抗拉强度分别从480 MPa和622 MPa提升到562 MPa和692 MPa)并保持良好的塑性。通过定量计算,发现多级梯度结构试样的强化增量主要源于晶界强化、沉淀强化、位错强化和协同强化的共同作用。     

镍基高温合金单晶的生长和氧化行为

采用改进型坩埚下降法生长了镍基高温合金单晶,使用氧化铝坩埚和〈001〉方向的籽晶,生长得到直径为30～40 mm、长度260 mm的晶棒。采用异型氧化铝坩埚,生长出特殊形状且中空的高温合金单晶涡轮机叶片构件。腐蚀显示所生长的晶体具有典型的镍基高温合金单晶形貌,在枝晶区域有少量的γ′/γ共晶,枝晶的平均间距是367μm,γ′相是立方结构且分布均匀。研究了晶体在900和1 000℃氧化200 h的氧化行为,氧化120 h后其增重达到一个恒定值。     

镍基粉末高温合金枝晶间亚稳碳化物

对急冷凝固镍基高温合金松散粉末热等静压成型合金中亚稳碳化物及其相间反应进行了研究.随着热处理温度的升高,粉末中合金元素的分布逐渐均匀化,但枝晶间MC能在较高的温度下保持稳定,使Ti和Zr在该处仍有较高含量.原始粉末中枝晶间主要分布着块状和花状的MC型碳化物,在预热处理过程中粉末枝晶间块状碳化物分解,发生M23C6和M6C的析出反应,而花状碳化物的成分及形貌则保持相对稳定.成型合金残余枝晶间分布的碳化物主要由块状M6C和MC及花状MC组成,形变再结晶可以促进枝晶间碳化物的溶解.     

Nd对含堆垛层错的铸态Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金组织和力学性能的影响

镁合金以其高比强度、高比刚度、低密度等优点在航空航天、交通运输等领域显示出越来越大的潜力。但在实际使用过程中,镁合金仍存在塑性差、绝对屈服强度偏低、拉压不对称等问题。为了研究稀土元素Nd对镁合金显微组织和力学性能的影响与强化机制,本文以Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金为研究对象,分别添加0, 0.5wt%, 1wt%的Nd元素。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、透射电镜和XRD研究Nd对Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金显微组织的影响,通过拉伸试验机、纳米压痕仪和显微硬度计测试了合金的力学性能。结果表明:显微组织主要由α–Mg基体、共晶相和堆垛层错(SFs)组成;Nd的加入对晶粒细化和组织均匀化起着重要作用。随着Nd添加量的增加,合金的拉伸屈服强度和显微硬度增加,压缩屈服强度降低,导致合金的反向拉压不对称性减弱。当Nd含量为1wt%时,合金的力学性能最好,其抗拉强度和抗压强度分别达到194 MPa和397 MPa,压缩屈服强度和拉伸屈服强度比值降低为1.05。